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挪威科技大學(xué)研發(fā)出基于離子擴(kuò)散型長效自除冰表面
【塑料機(jī)械網(wǎng) 科技創(chuàng)新】低溫環(huán)境下，過冷水以及水蒸氣等在冷表面形成霜、雪以及塊體冰是一種十分普遍的自然現(xiàn)象。道路、電力系統(tǒng)、通訊基站以及船舶等設(shè)施結(jié)冰則會影響人們正常生產(chǎn)生活，甚至引發(fā)巨大災(zāi)害。傳統(tǒng)工業(yè)界主要使用機(jī)械除冰、化學(xué)法溶冰和加熱除冰等方法來解決結(jié)冰覆冰問題，但是，這些方法效率底下、耗能或者危害環(huán)境。近年來，人們發(fā)現(xiàn)超疏水表面、有機(jī)液體潤滑表面以及低彈性模量表面具有良好防冰性能。然而，此類新型防冰表面面臨防冰性能不可持續(xù)或者力學(xué)性能較差等不足。因此，仍需尋找新型防冰策略來覺得結(jié)冰覆冰問題。
近期，挪威科技大學(xué)研究人員聯(lián)合西班牙University of Granada、廈門大學(xué)合作報道了一種基于離子擴(kuò)散機(jī)制的可持續(xù)自除冰表面。研究人員通過簡單的電解質(zhì)水凝膠體系，詳細(xì)論證了離子擴(kuò)散型表面可長期有效避免結(jié)冰覆冰問題(圖1)，相關(guān)論文發(fā)表于ACS Appl. Mater. Interfaces (DOI: 10.1021/acsami.0c06912)。
圖1 基于離子擴(kuò)散機(jī)制的防冰表面。
該防冰表面可以同時長時間阻止冰或霜形成以及降低其表面冰粘附強(qiáng)度。和水滴在普通玻璃和PVA水凝膠表面在100 s內(nèi)結(jié)冰相比，該防冰體系將表面抑制水滴結(jié)冰時間延長到5天以上(圖2)；同時，該冰粘附強(qiáng)度降低至Pa級別，使得積冰可迅速自動從傾斜的防冰表面滑落(如視頻所示)。
積冰可迅速自動從傾斜的防冰表面滑落
圖2 材料表面延遲結(jié)冰研究。
同時該防冰體系可以通過調(diào)控離子類型和濃度，可將防冰溫度范圍調(diào)控至-48.4 ℃以上。分子動力學(xué)(MD)模擬和原位實(shí)驗研究表明，離子持續(xù)的向在冰和材料界面上擴(kuò)散，導(dǎo)致了冰晶的持續(xù)融化，使得材料表面具有優(yōu)異的防冰性能。此外，該防冰體系中的離子成分可以通過廉價易得的海水來補(bǔ)充，其在低溫環(huán)境下海上鉆井平臺和船舶的可持續(xù)防冰具有非常廣闊的應(yīng)用前景。
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